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納米碳化硅在特種涂料中的應用研究進展

關鍵詞 碳化硅 , 納米碳化硅 , 涂料|2019-09-09 11:49:55|行業動態|來源 新材料社團
摘要 納米碳化硅粉體,具有耐高溫,耐磨,耐腐蝕等性能,在特種涂料的應用也越來越多。納米碳化硅粉體制得紅外輻射涂料、耐腐蝕納米涂料、粉末涂料等特種涂料,具有優良的性能。

【摘 要】納米碳化硅粉體,具有耐高溫,耐磨,耐腐蝕等性能,在特種涂料的應用也越來越多。納米碳化硅粉體制得紅外輻射涂料、耐腐蝕納米涂料、粉末涂料等特種涂料,具有優良的性能。

【關鍵詞】納米碳化硅;涂料;陶瓷涂料;納米涂料;特種涂料

1引言

涂料屬于有機化工高分子材料,所形成的涂膜屬于高分子化合物類型。作用主要有四點:保護,裝飾,掩飾產品的缺陷和其他特殊作用,提升產品的價值。

但是現有的涂料耐污性、耐鹽霧性、耐老化性、耐磨性、抗刮傷能力、附著力、抗冷熱沖擊能差,在很多行業尤其是工業窯爐等領域,需求特種涂料。

將納米碳化硅粉末用于涂料中,制得紅外輻射涂料、耐腐蝕納米涂料、粉末涂料等特種涂料,具有優良的節能、耐污性、耐鹽霧性、耐老化性、耐磨性、抗刮傷能力、附著力、抗冷熱沖擊能、柔韌性、化學穩定性、抗沖擊性,耐強酸、強堿、強氯化劑等腐蝕,同時具有優良的防毒、防霉、阻燃的性能。

2 納米碳化硅在幾種特種涂料領域的應用

2.1 納米碳化硅粉末涂料

2.1.1一種納米碳化硅粉末涂料的配方

包括甲組分50-60%、乙組分10-15%和丙組分10-15%。

所述甲組分包括:丙烯酸乳液(純丙乳液、硅丙乳液、苯丙乳液、醋丙乳液的任意一種或者多種組合)20-25%、納米碳化硅粉末(粒徑≤100nm)15-20%、丁苯橡膠8-10%和改性高氯化聚乙烯樹脂1-5%;

所述乙組分包括:長石粉、金剛砂、陶瓷微粉、云母粉、耐高溫顏料、碳酸鈣、滑石粉、硫酸鋇、瀝青和白水泥均為1-1.5%;

所述丙組分包括:分散劑、消泡劑、潤濕劑、殺菌防霉劑、流平劑、交聯劑、潤濕劑、增滑助劑、成膜助劑、增稠劑均為1-1.6%和去離子水適量;

2.1.2一種納米碳化硅粉末涂料的制備方法

步驟一:配料:將所述甲組分、所述乙組分和所述丙組分上的各個配方成分用電子稱稱得相應的計量;

步驟二:研磨:把所述甲組分、所述乙組分和所述丙組分分別放入到研磨缸內進行研磨,研磨時間為30分鐘;研磨顆粒細度為20-25nm,研磨速度為1200轉每分鐘;

步驟三:反應:把所述甲組分的混料放入反應釜中,升溫到80攝氏度;并在700r/min的轉速下攪拌20分鐘后;再向反應釜中投入所述乙組分,把反應釜升溫到130攝氏度,并在1300r/min的轉速下攪拌30分鐘后,再向反應釜中投入所述丙組分,把反應釜降到100攝氏度,并在1000r/min的轉速下攪拌30分鐘后,冷卻一小時;

步驟四:過濾:將反應釜中的涂料成品通過300目的細目濾網對涂料進行過濾,過濾掉較粗的顏料顆粒;

步驟五:檢測灌裝:對涂料的各項理化性能進行檢測,檢測合格后進行灌裝。

2.1.3一種納米碳化硅粉末涂料涂覆后性能

制備的粉末涂料通過靜電噴涂工藝涂覆在基材表面后測試其性能顯示該粉末涂料的耐污性、耐鹽霧性、耐老化性、耐磨性、抗刮傷能力、附著力、抗冷熱沖擊能、柔韌性、化學穩定性、抗沖擊性優良,耐強酸、強堿、強氯化劑等腐蝕,同時具有優良的防毒、防霉、阻燃性能。

2.2 高溫工業爐用遠紅外節能涂料

2.2.1納米碳化硅系紅外輻射涂料的制備方法

2.2.1.1 配料  

粉末輻射料混合物 :以(D50 為 50 ~ 500nm,β相)納米碳化硅 (SiC) 粉末原料的重量份為基準,將納米碳化硅 (SiC) 粉末原料 40~80 重量份、氧化鋯 (ZrO2) 粉末原料 5~30 重量份、氧化鉻 (Cr2O3) 粉末原料 5~10 重量份、氧化鐵 (Fe2O3) 粉末原料 0~ 20 重量份、氧化鎳 (NiO) 粉末原料0~10 重量份、膨潤土粉末原料 1~10 重量份和硅灰粉末原料 1~10 重量份混合配制成粉末輻射料混合物 ;

液相混合物:按照水與上述粉末輻射料混合物總重量的重量比為0.5~2∶1,粘結料是粉末輻射料混合物總重量的10%~30%,漿料助劑是粉末輻射料混合物總重量的0.1%~3%,將水、粘結料和漿料助劑混合配制成液相混合物;

2.2.1.2 均質化、細化處理 

將得到的粉末輻射料混合物與液相混合物全部充分混合在一起,采用的砂磨機械(包括高速分散機、臥式砂磨機、立式砂磨機或棒銷式砂磨機等)進行砂磨均質化處理 ;球料比優選為0.5~1∶1,砂磨均質化處理的時間優選為 2~3 小時。

2.2.1.3 過濾  

將砂磨均質化處理后得到的產物過濾 ( 優選使用325~400 目篩網過濾),以自然流下為準,即得到納米碳化硅系紅外輻射涂料。 

2.2.2納米碳化硅系紅外輻射涂料的施工方法

  納米碳化硅系紅外輻射涂料施工使用非常方便,一般不需對基體進行特殊的改造與檢修處理便可進行正常的涂料施工。施工時可先用壓縮空氣將作業面清理吹掃干凈,后噴涂一層噴前處理液,接著機械噴涂施工納米碳化硅系紅外輻射涂料。

機械噴涂時使用壓縮空氣或氧氣瓶 (工作壓力 0.4~0.5MPa) 通過噴槍將涂料均勻噴涂在工作面上。涂層厚度一般在 0.1~0.3mm,一般噴涂兩次即可。

涂料施工后一般無需烘干,自然干燥24 小時后隨烘爐曲線升溫即可高溫自燒結固化。

2.2.3納米碳化硅系紅外輻射涂料的性能

納米碳化硅系紅外輻射涂料與其它方法制備得到的紅外輻射涂料相比,具有以下優點 :

a. 高的法向全發射率 ε,在常溫至 1400℃范圍內ε始終大于0.85,高溫下衰減緩慢。

b. 節能效果顯著,可達 15%以上。

c. 粘接性好,在常溫到高溫的反復使用條件下,能牢固地粘接在基體上,不龜裂、不脫落。

d. 涂料的結構穩定,在中、高溫的環境中均適用,施工簡單、見效快、安全無污染、使用范圍廣泛。

2.3 耐腐蝕納米涂料

2.3.1耐腐蝕納米涂料的原料

組成為:納米級二氧化鈦粉(金紅石型,25nm)36%、氧化鋁微粉(50-500nm)18%、硅微粉8%、納米碳化硅微粉(50-500nm)4%、氮化硼微粉(50-500nm)3%、硅溶膠25%、高嶺土5%、分散劑(六偏磷酸鈉)0.3%、防沉劑(膨潤土)0 .7%;外加占上述原料總重26%的溶劑(去離子水)。  

2.3.2耐腐蝕納米涂料的制備方法:

(1)按上述耐腐蝕納米涂料的原料組成稱取各組分,備用;

(2)將納米級二氧化鈦粉、氧化鋁微粉、硅微粉、納米碳化硅微粉、氮化硼微粉和高嶺土混合后進行高速研磨,使其混合均勻,得到組分A;

(3)向溶劑中加入分散劑(六偏磷酸鈉),攪拌,使其充分溶解,然后再加入硅溶膠,攪拌混合均勻,得到組分B;

(4)向A組分中加入B組分和防沉劑(膨潤土),攪拌混合均勻,制得耐腐蝕納米涂料。

2.3.3耐腐蝕納米涂料的使用方法

將制備的耐腐蝕納米涂料噴涂在基材表面,晾干后,在500~600℃固化1~3h。

2.3.4耐腐蝕納米涂料的性能參數

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2.4納米陶瓷防火涂料

2.4.1原料

按照重量份數計算,包括以下組分:醋丙乳液50~60份、水性丙烯酸乳液6~12份、阻燃劑(磷酸三鋅酯與聚磷酸銨的混合物)5~10份、硅酸鋁纖維8~16份、納米陶瓷粉末(納米氧化鋯、納米碳化硅、納米氟化鈣、納米氮化鈦與納米氧化鎂等制備得到)5~10份、超細玻璃微珠12~18份、氧化鋁纖維3~6份、潤濕分散劑1~3份、增稠劑1~3份、消泡劑0 .2~1份以及去離子水15~25份;

2.4.2納米陶瓷防火涂料的制備方法

a.按照配方量將潤濕分散劑、醋丙乳液、水性丙烯酸乳液、消泡劑加入水中,在300 ~500r/min的轉速下攪拌充分混合;

b.向步驟a的混合物中加入硅酸鋁纖維、氧化鋁纖維、納米陶瓷粉末與超細玻璃微珠在1000~2000r/min的轉速下分散;

C.向步驟b的分散液中加入增稠劑、阻燃劑及消泡劑攪拌均勻,即可。

2.4.2.1 納米陶瓷粉末的制備方法

a.按照重量份數計算,稱取納米氧化鋯60份、納米碳化硅20份、納米氟化鈣5份、納米氮化鈦3份與納米氧化鎂5份,混合得到納米原料;

b.將納米原料配制成懸浮液,向懸浮液中加入衣康酸然后超聲攪拌至均勻,再在球磨機上球磨混合均勻,經真空干燥得到原料粉末;衣康酸的加入量與納米原料的質量之比為7:50。

c.將混合好的原料粉末裝入石墨模具中,采用熱壓燒結工藝進行制備,熱壓燒結溫度為1600℃,保溫時間為3小時,粉碎,即得到納米陶瓷粉末。

2.4.3納米陶瓷防火涂料的性能

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另外,將制備的納米陶瓷防火涂料涂覆在玻璃上面進行耐溫性能測試,涂層厚度為3.0mm,熱面溫度為800℃,背面溫度為201~206℃。說明納米陶瓷防火涂料,具有很好的隔熱效果。

3 總結

近幾十年來,隨著多個行業對特種涂料需求量的不斷上漲,國內外關于特種涂料的應用研究也越來越多。納米碳化硅粉體,具有耐高溫,耐磨,耐腐蝕等性能,在特種涂料的應用也越來越多。

 

【參考文獻】

1 倪成輝 .納米碳化硅粉末涂料的配方及其制備方法

2 楊筠 李永等 .納米碳化硅系紅外輻射涂料及其制備方法

3王發現 劉鵬等 .一種耐腐蝕納米涂料及其制備方法

4 李致 .納米陶瓷防火涂料


作者:陳欣  (湖州源沁新材料有限公司,浙江湖州311300)

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